水利工程第三章分解.ppt

第三章水库工程 水库是由在河道中修建拦河坝截断水流，抬高水位而形成的 一般水库枢纽由下列三种主要水工建筑物组成 挡水建筑物 泄水建筑物 取水（放水）建筑物 第一节 挡水建筑物 水库的挡水建筑物，系指拦河坝 溢流坝 按结构特点分 按是否泄流 一、重力坝 19世纪以前基本采用毛石砌体。 自1860年至1959年，世界上修建高度在30米以上的重力坝占建坝总数的50% 目前世界上最高的重力坝是瑞士的大迪克桑坝，高285米 目前 世界最高 我国 50年代 我国 60年代 我国 70年代 我国 80年代 285m 105m 147m 107m 165m 200m以上 （一）重力坝的特点及类型 重力坝是用混凝土或浆砌石修筑的大体积挡水建筑物 工作时承受的主要荷载时上游面的水平推力、坝底面上的扬压力和坝体自重等。 重力坝的工作原理： 依靠坝体自重维持稳定 重力坝的多用途： 挡水（基本用途）、发电、灌溉、工业引水、冲沙等 修筑重力坝的地基条件： 一般为岩石地基，要求较高，需要足够的强度，同时地基变形和沉陷要小 渗流对重力坝的不利影响： 减少坝体有效重量，并减少坝体上游的垂直侧压力，对坝体材料和地基有侵蚀作用，必须采取防渗和排水。 重力坝的主要优点： 构造简单，适应性强，施工方便，工作可靠 重力坝的主要缺点： 体积大，应力分布不均匀（材料强度不能充分发挥），大体积混凝土结构（容易因为散热问题产生裂缝） 重力坝的型式：实体重力坝、宽缝重力坝和空腹重力坝 重力坝的设计内容： 1、总体布置：选择坝址、坝轴线和坝的结构型式。 2、剖面设计：满足安全、经济和运行要求 3、稳定分析：验算荷载作用下抗滑稳定性 4、应力分析：计算在荷载使用下的应力应变，为剖面设计、地基处理、结构布置、施工分缝提供依据。 5、构造设计：细部构造（材料分区、廊道排水） 6、地基处理 7、泄水设计 8、监测设计 （二）重力坝的荷载及其组合 1.重力坝的荷载 作用于坝体上的荷载主要有以下几种: 坝体自重、水压力、扬压力、泥沙压力、风浪压力和地震力等 （1）坝体自重 一般取1m坝长进行计算 式中： （2）静水压力 如图3-3所示 作用在1m长坝体上的总水平水压力 其合力作用在水深的1／3处 作用在1m长坝体上的总垂直水压力 作用点时所计算水体的形心 （3）动水压力 溢流坝泄水时,各种动水压力应由专门的研究决定,对于反弧段有: （4）扬压力 1）坝底扬压力:坝底水平面承受垂直向上的总水压力 防渗帷幕和设置排水孔后，降低扬压力。 按下面公式计算 2）坝体扬压力 渗入坝内的水流也产生扬压力，加入防渗层后假设扬压力分布如图3－6所示 （5）泥沙压力 入库水流挟带泥沙淤积于坝前产生泥沙压力 淤沙面以下任一点的泥沙压力强度为 （6）浪压力 浪压力的大小和分布与波高、波长及波浪中心线至静水位中心线的高度有关 (7)地震荷载 地震荷载包括地震惯性力、地震动水压力和动土压力 抗震设计中，常用到基本烈度和设计烈度两个概念 基本烈度系指建筑物所在地区在未来一定期限内（100年）可能遭遇到的地震最大烈度 设计烈度指抗震设计时实际采用的地震烈度。 一般设计烈度等于基本烈度。 设计烈度小于6度是不考虑地震荷载。7~9度时考虑。9度以上专门研究。 （8）其它荷载 冰压力、风压力、雪压力、坝顶上的动荷等 可参照规范计算 2.荷载组合 作用在坝上的荷载，有经常起作用的基本荷载和偶然起作用的特殊荷载两种 （1）基本荷载： 1)坝体及其上永久设备的自重 2)正常蓄水位或设计洪水位时的静水压力 3)相应于正常蓄水位或设计洪水位时的扬压力 4)泥沙压力 5)相应于正常蓄水位或设计洪水位时的浪压力 6)冰压力 7)土压力 8)相应于设计洪水位时的动水压力 9)其它出现机会较多的荷载 （2）特殊荷载： 1)校核洪水位时的静水压力 2)相应于校核洪水位时的扬压力 3)相应于校核洪水位时的浪压力 4)相应于校核洪水位时的动水压力 5)地震荷载 6)其它出现机会很少的荷载 荷载组合可分为基本组合和特殊组合两类。基本组合属正常情况或设计情况，由同时出现的几种基本荷载组成；特殊组合属校核情况或非常情况，由同时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。 设计时，应从这两类组合中选择几种最不利的、起控制作用的组合情况进行计算，使之满足规范中规定的要求 稳定分析的目的: 验算重力坝在各种可能荷载组合下的稳定安全度 （三）重力坝的稳定分析 重力坝失稳有2种可能： （1）磨擦公式（接触面） 1、坝体抗剪能力不足的薄弱面产生滑动； 2、上游坝踵受拉倾斜及下游坝址受压破碎产生滑移破坏。 1、磨擦公式 把滑动面看成是一种接触面 当滑动